JP5482369B2 - Gas flow velocity measuring method and gas flow velocity measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、高炉炉頂部における高炉内ガスの流速を計測するガス流速計測方法およびガス流速計測装置に関する。 The present invention relates to a gas flow velocity measuring method and a gas flow velocity measuring apparatus for measuring the flow velocity of gas in a blast furnace at the top of a blast furnace.
鉄鋼の生産設備である高炉では、炉頂から鉄鉱石、焼結石、コークスなどの原料を装入し、炉下部に設けられた羽口から熱風を吹き込み、鉄鉱石、焼結石とコークスの還元反応によって、銑鉄を生産し、炉底部に溜まった銑鉄およびスラグは出銑孔から順次排出される。 In a blast furnace, which is a steel production facility, raw materials such as iron ore, sintered stone, and coke are charged from the top of the furnace, and hot air is blown from the tuyeres provided in the lower part of the furnace to reduce the iron ore, sintered stone, and coke. Thus, pig iron is produced and pig iron and slag accumulated at the bottom of the furnace are sequentially discharged from the tap hole.
炉頂部では、旋回シュートの動きが制御され、所定の平均粒径をもった所定量の装入原料が所定の位置に積層される。このときに装入された原料の上面をストックラインと呼ぶが、炉下部での還元反応が進むにつれ、徐々にこのストックラインが下がっていき、その上から新たな原料が装入され、新たなストックラインを形成する、という操業が繰り返される。 At the top of the furnace, the movement of the turning chute is controlled, and a predetermined amount of charged raw material having a predetermined average particle diameter is laminated at a predetermined position. The upper surface of the raw material charged at this time is called the stock line, but as the reduction reaction proceeds in the lower part of the furnace, the stock line gradually decreases, and new raw material is charged from there. The operation of forming a stock line is repeated.
高炉で銑鉄を1t生産するのに必要な還元材としてのコークスの量をコークス比というが、高炉においてはこれが重要な因子で、コークス比を小さくできれば二酸化炭素排出量を抑制することができる。高炉ではコークス比をできるだけ減らすような原料の装入方法が取られているが、二酸化炭素の排出抑制のためにさらなるコークス比の削減が求められている。 The amount of coke as a reducing material necessary for producing 1 ton of pig iron in a blast furnace is called a coke ratio. In a blast furnace, this is an important factor, and if the coke ratio can be reduced, carbon dioxide emissions can be suppressed. In the blast furnace, the raw material charging method is used to reduce the coke ratio as much as possible, but further reduction of the coke ratio is required to suppress carbon dioxide emissions.
高炉で効率よく銑鉄を生産するためには炉下部での還元反応が、炉の中心に近い部分だけでなく、炉の周辺部(炉壁に近い部分)でも起こるようにできればよいと考えられる。ところが、羽口から吹き込まれる熱風は炉の中心方向に向けて吹き込まれるため、炉壁に近い部分では炉外に熱を放出してしまい、炉の中心に近い部分よりも反応性が低下していると考えられる。そこで、羽口から吹き込まれた熱風が、周辺へも十分に行き渡るように装入物の装入方法を制御して、装入後の原料の積層状況に適切な分布を持たせることができれば、コークス比を抑制した上で効率的に高炉操業を行うことが可能となる。逆に、周辺へのガス流が多くなるのも操業上問題となる。 In order to efficiently produce pig iron in a blast furnace, it is considered that the reduction reaction at the lower part of the furnace should be performed not only at the part near the center of the furnace but also at the peripheral part of the furnace (the part near the furnace wall). However, since the hot air blown from the tuyere is blown toward the center of the furnace, heat is released to the outside of the furnace near the furnace wall, and the reactivity is lower than that near the center of the furnace. It is thought that there is. Therefore, if the hot air blown from the tuyere can be adequately distributed in the raw material stacking condition after controlling the charging method of the charged material so that it can reach the surroundings sufficiently, It becomes possible to operate the blast furnace efficiently while suppressing the coke ratio. Conversely, an increase in the gas flow to the surrounding area is also an operational problem.
したがって、この装入物分布状況が適切なものであることを確認することが必要となるが、その方法として、高炉の炉下部から吹き上がってくる一酸化炭素や二酸化炭素の流速を計測する方法がある。つまり、炉底部から吹き上がってくるガス流速が遅いということは、高炉の高さ方向にガスの流れを阻害する要因があると考えられ、ガスを通しやすくするためのスリットの役目を果たすコークスの装入方法が適切ではないと考えられる。 Therefore, it is necessary to confirm that this charge distribution situation is appropriate. As a method for this, a method of measuring the flow rate of carbon monoxide and carbon dioxide blowing up from the bottom of the blast furnace is used. There is. In other words, the slow flow rate of the gas blown from the bottom of the furnace is thought to be a factor that hinders the flow of gas in the height direction of the blast furnace, and the coke functioning as a slit to facilitate the passage of gas. The charging method is not considered appropriate.
そこで、原料のストックラインでのガス流速の分布を計測することが求められる。このガス流速分布がわかれば、高炉水平断面を流れるガス流速が全体的に同じ速度になるように装入物分布の設計が可能となり、また、実操業における装入物分布が適切であることを確認できる。そして、一様なガス流速を持つ装入物分布が実現できれば、ガス利用率を向上することができ、コークス比を低減した装入物分布を行うことができる。ここで、ガス利用率とは、コークス由来の一酸化炭素と二酸化炭素の比であって、大きい値であれば効率的な操業を行っていることを示す。 Therefore, it is required to measure the gas flow velocity distribution in the stock line of the raw material. If this gas flow velocity distribution is known, it is possible to design the charge distribution so that the gas flow velocity flowing through the horizontal section of the blast furnace is the same overall, and that the charge distribution in the actual operation is appropriate. I can confirm. If a charge distribution having a uniform gas flow rate can be realized, the gas utilization rate can be improved, and a charge distribution with a reduced coke ratio can be performed. Here, the gas utilization rate is a ratio of carbon monoxide and carbon dioxide derived from coke, and a large value indicates that an efficient operation is performed.
ガス流速計測方法としては、従来から、特許文献1に記載の技術が知られている。ここに記載のレーザドップラー流速計は、2種類の事前に決定した異なるトレーサガスにレーザー光を照射し、それぞれのトレーサガスによるレーザー光の吸収スペクトル(吸収が起こるピーク値)を検出し、それぞれの吸収スペクトルのガス流速に応じたドップラーシフト量から、トレーサガスのガス流速を求める。さらに、それぞれのガス濃度により変化するスペクトル強度を用いてそれぞれのガスのガス流速を重み付け平均して、自動車の排気ガスの流速を求めるものである。 As a gas flow velocity measurement method, the technique described in Patent Document 1 is conventionally known. The laser Doppler velocimeter described here irradiates two different types of predetermined tracer gas with laser light, detects the absorption spectrum (peak value at which absorption occurs) of the laser light by each tracer gas, The gas flow rate of the tracer gas is obtained from the Doppler shift amount corresponding to the gas flow rate of the absorption spectrum. Further, the flow rate of the exhaust gas of the automobile is obtained by weighted averaging of the gas flow rates of the respective gases using the spectral intensities varying with the respective gas concentrations.
また、高炉炉頂部におけるガス流速の計測方法として、たとえば特許文献2や特許文献3に記載の技術などが知られている。特許文献2は、カメラにより炉内を撮像し、その画像を解析してガス流の輪郭を抽出し、抽出されたガス流の輪郭位置の所定時間内における変化量を求めて、高炉内部のガス流速を得るものである。
As a method for measuring the gas flow velocity at the top of the blast furnace, for example, techniques described in
また特許文献3は、炉径方向に駆動可能で炉内の測定点に停止させることが可能な制御装置を付与したランスの先端に、一定の周波数を発信するマイクロ波レーダーを取り付け、送信したマイクロ波による炉内の装入物または浮遊粉塵からの反射波を、ランスに複数設置した受信用アンテナで受信し、炉下部から吹き上がるガスによって速度を得た粉塵のドップラー効果を観測してそのガス流速を得る技術である。
In addition,
しかしながら、特許文献1のレーザドップラー流速計や、特許文献2のカメラを用いたガス流速計測技術を適用する場合、高炉内ではコークスや鉄鉱石に付着して炉内に装入された粉塵が飛散するため、可視光または赤外線などの波長が短い領域の電磁波では、視野が遮られ遠くまで見通して計測を行うことができない。
However, when applying the gas flow velocity measurement technique using the laser Doppler velocimeter of Patent Document 1 or the camera of
とくに、近年新たに改修された高炉は、ベルレス式という炉頂ベルがないタイプのものが増加している。これは旋回シュートによって適切な装入物分布を実現しやすくするためのものであるが、旋回シュートによって粉塵飛散を巻き起こすため、ストックラインより上の空間に粉塵が浮遊しやすくなり、視野を遮る要因となっている。 In particular, the number of blast furnaces that have been newly renovated in recent years is increasing with a bellless type that does not have a top bell. This is intended to make it easier to achieve an appropriate charge distribution with the swivel chute, but because the swirl chute causes dust scattering, it is easy for the dust to float in the space above the stock line and obstructs the field of view. It has become.
また、特許文献3のようにマイクロ波を発信して粉塵による反射波のドップラー効果をもとにガス流速を求める方法では、粉塵濃度が高く、すべての粉塵が一様にガス流速を得ているわけでなく、また、反射波が散乱するため、不要信号(ノイズ信号)と本来の測定対象として有効な信号との区別をつけるのが困難で、測定結果にばらつきが生じる。
Moreover, in the method of calculating | requiring a gas flow rate based on the Doppler effect of the reflected wave by dust like the
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、粉塵濃度が高い高炉内においても、確実かつ高い精度で高炉内のガスの流速を計測するガス流速計測技術を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the gas flow rate measurement technique which measures the flow velocity of the gas in a blast furnace reliably and with high precision also in a blast furnace with high dust concentration.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるガス流速計測方法は、高炉内に装入後の原料から放射される遠赤外領域よりも長い波長の電磁波を、高炉炉頂部において前記装入後原料の積み形状を見渡せる位置で受信する受信ステップと、前記受信した電磁波のスペクトルを解析するスペクトル解析ステップと、前記スペクトル解析ステップにより検出された吸収スペクトルと高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルとの周波数差に基づいて、高炉内ガスの流速を演算するガス流速演算ステップと、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the gas flow velocity measuring method according to the present invention is configured to generate an electromagnetic wave having a wavelength longer than that in the far-infrared region radiated from the raw material charged in the blast furnace. Included in the reception step of receiving at a position where the stacked shape of the raw material after charging is overlooked at the top, the spectrum analysis step of analyzing the spectrum of the received electromagnetic wave, the absorption spectrum detected by the spectrum analysis step, and the gas in the blast furnace And a gas flow rate calculating step for calculating a flow rate of the gas in the blast furnace based on a frequency difference from a known absorption spectrum of the substance to be obtained.
また、本発明にかかるガス流速計測方法は、上記の発明において、高炉炉頂部において装入後の原料の積み形状を見渡せる位置から、高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルを含む所定の周波数帯の電磁波を送信する送信ステップを含み、前記受信ステップは、前記送信ステップで送信した所定の周波数帯の電磁波を受信することを特徴とする。 Further, the gas flow velocity measuring method according to the present invention, in the above-described invention, includes a predetermined absorption spectrum including a known absorption spectrum of a substance contained in the gas in the blast furnace from a position where the stacked shape of the raw material after charging is seen at the top of the blast furnace The method includes a transmission step of transmitting an electromagnetic wave in a frequency band, wherein the reception step receives the electromagnetic wave in a predetermined frequency band transmitted in the transmission step.
また、本発明にかかるガス流速計測装置は、高炉内に装入後の原料の積み形状を見渡せる位置に設けた遠赤外領域よりも長い波長の電磁波を高炉炉頂部において受信する受信部と、前記受信部によって受信された電磁波のスペクトルを解析するスペクトル解析部と、前記スペクトル解析部により検出された吸収スペクトルと高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルとの周波数差に基づいて、高炉内ガスの流速を演算するガス流速演算部と、を備えることを特徴とする。 Further, the gas flow velocity measuring device according to the present invention is a receiving unit that receives electromagnetic waves having a wavelength longer than the far-infrared region provided at a position overlooking the stacked shape of the raw material after charging in the blast furnace, A blast furnace based on a frequency analysis unit for analyzing a spectrum of an electromagnetic wave received by the reception unit; and a frequency difference between an absorption spectrum detected by the spectrum analysis unit and a known absorption spectrum of a substance contained in a gas in the blast furnace. A gas flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the internal gas.
また、本発明にかかるガス流速計測装置は、上記の発明において、高炉炉頂部において装入後の原料の積み形状を見渡せる位置に設けられ、高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルを含む所定の周波数帯の電磁波を送信する送信部を備え、前記受信部は、前記送信部から送信された所定の周波数帯の電磁波を受信することを特徴とする。 Moreover, the gas flow velocity measuring device according to the present invention includes a known absorption spectrum of the substance contained in the gas in the blast furnace, provided in the above-mentioned invention at a position where the stacked shape of the raw material after charging is overlooked at the top of the blast furnace. A transmission unit that transmits electromagnetic waves in a predetermined frequency band is provided, and the reception unit receives electromagnetic waves in a predetermined frequency band transmitted from the transmission unit.
本発明によれば、高炉内から自発的に発せられる、マイクロ波より波長が長く粉塵を透過する電磁波を受信し、そのスペクトルを解析して高炉内ガスの吸収帯の観測をするため、マイクロ波を照射して粉塵による反射波のドップラーシフトを捉える従来の方法よりも、粉塵の影響を受けずに確実に高精度のガス流速計測を行うことができる。しかも、粉塵の反射波という間接的な方法ではなく、ガス流速を直接観測できるので、有効な信号が確実に得られ、測定の時間分解能がよい。そのため、高炉内から発せられる電磁波の強度が弱いときには、高炉内ガスの吸収帯を含む電磁波を送信すれば確実に有効な吸収スペクトルを観測することができ、確実に高精度のガス流速計測を行うことができる。 According to the present invention, in order to observe the absorption band of gas in the blast furnace by receiving electromagnetic waves spontaneously emitted from the inside of the blast furnace, receiving electromagnetic waves having a longer wavelength than microwaves and passing through dust, analyzing the spectrum, Compared to the conventional method for capturing the Doppler shift of the reflected wave due to dust by irradiating the gas, it is possible to reliably measure the gas flow rate with high accuracy without being affected by dust. Moreover, since the gas flow velocity can be directly observed rather than the indirect method of dust reflected waves, an effective signal can be obtained reliably and the measurement time resolution is good. Therefore, when the intensity of the electromagnetic wave emitted from the blast furnace is weak, an effective absorption spectrum can be reliably observed by transmitting an electromagnetic wave including the absorption band of the gas in the blast furnace, and highly accurate gas flow rate measurement is reliably performed. be able to.
以下に、図面を参照して、本発明にかかるガス流速計測方法およびガス流速計測装置の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a gas flow velocity measuring method and a gas flow velocity measuring apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1にかかるガス流速計測装置1を含む高炉2の構成を示す模式図である。図1において、高炉2は、炉頂部に設けられた旋回シュート4を回転させながら高炉炉体3内に装入物(原料)5を装入して積層させ、ストックライン6を形成する。高炉炉体3内の炉下部の図示しない羽口から吹き込まれた熱風は、ストックライン6から吹き上がり、炉頂部に設けられた集塵ダクト7によって吸引される。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
ガス流速計測装置1は、この高炉2内の熱風に含まれるガスの流速を計測する装置であり、高炉炉体3の外部に設けられた装置本体10と、高炉炉体3内に設けられた受信用アンテナ16とを有する。受信用アンテナ16は、ケーブルあるいは導波管を介して装置本体10の接続部17に接続される。
The gas flow velocity measuring device 1 is a device that measures the flow velocity of the gas contained in the hot air in the
装置本体10は、入力部11、出力部12、受信用アンテナ16が受信した遠赤外領域よりも長い波長の電磁波のスペクトルを解析するスペクトル解析部13、スペクトル解析部13の解析によって検出した吸収スペクトルと既知の吸収スペクトルとの周波数差をもとに高炉内ガスの流速を演算するガス流速演算部14、記憶部15を有し、これら各部は、制御部Cに接続される。制御部Cは、CPUなどによって実現され、入力部11は、ポインティングデバイスなどによって実現され、出力部は液晶ディスプレイなどによって実現され、記憶部15はハードディスク装置などによって実現される。また、スペクトル解析部13には、接続部17を介して受信用アンテナ16が接続される。
The
受信用アンテナ16は、高炉炉体2の炉頂部に設けられ、受信方向を鉛直下向きに指向して設置される。ここで、ストックライン6から吹き上がってきた熱風は、炉頂部の集塵ダクト7によって吸引される。このため、高炉内ガスを含む熱風の流速はストックライン6の付近においては、鉛直成分を持つ。したがって、炉頂部に設けられた受信用アンテナ16は、熱風の流速の鉛直成分を捉えることが可能である。
The receiving
ここで、図2に示したフローチャートを参照して、制御部Cによるガス流速計測処理手順について説明する。図2において、受信用アンテナ16が高炉内に含まれる電磁波を受信すると(ステップS101)、受信信号がスペクトル解析部13に入力される。スペクトル解析部13は、周波数成分ごとの強度を分析するスペクトル解析を行って(ステップS102)、強度が最小になる周波数を読み取る。そして、この最小の周波数f’を高炉内ガスの吸収スペクトルとして検出する(ステップS103)。
Here, the gas flow rate measurement processing procedure by the control unit C will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In FIG. 2, when the receiving
この検出された吸収スペクトルは、高炉内ガスの流速に応じてドップラーシフトを起こしたものである。そこで、ガス流速演算部14は、高炉内ガスの固有の既知の吸収スペクトルの周波数fと、ドップラーシフトした吸収スペクトルの周波数f’とをもとに、周波数のシフト量Δfを求め(ステップS104)、高炉内ガスのガス流速vを演算する処理を行い(ステップS105)、このガス流速vを逐次、記憶部15に記憶する。
This detected absorption spectrum is caused by Doppler shift depending on the flow rate of the gas in the blast furnace. Accordingly, the gas flow
その後、出力部12は、適宜な表示方法で記憶部15に記憶されたガス流速vを表示出力する処理を行う(ステップS106)。
Thereafter, the
なお、ガス流速演算部14は、次式(1)に基づいて、ガス流速vを算出するものである。すなわち、高炉内ガスの固有の吸収スペクトルの周波数fは、あらかじめわかっていることから、流速vの高炉内ガスについて観測される吸収スペクトルの周波数f’のシフト量Δfは、次式(1)で表される。
Δf=f−f’=(v/c)f …(1)
ただし、cは光速である。
The gas flow
Δf = f−f ′ = (v / c) f (1)
Where c is the speed of light.
(適用例)
ここで、高炉内ガスの成分には、種々の成分があるが、おもなガス組成としては、水蒸気(H2O)、COおよびCO2であると考えられる。また、その他にもH2S、NOX(X=1,2)などが含まれている。
(Application example)
Here, although there are various components in the blast furnace gas, the main gas composition is considered to be water vapor (H 2 O), CO, and CO 2 . In addition, H 2 S, NO X (X = 1, 2) and the like are included.
COなどのガスでは、回転遷移による吸収が発生し、遠赤外領域よりも長い波長の電磁波を吸収する。例えばCOガスでは115GHzに吸収スペクトルが存在することが知られている。そこで、本適用例では、高炉内ガスとしてCOに着目する。 In a gas such as CO, absorption due to rotational transition occurs, and an electromagnetic wave having a wavelength longer than that in the far infrared region is absorbed. For example, CO gas is known to have an absorption spectrum at 115 GHz. Therefore, in this application example, attention is focused on CO as the blast furnace gas.
COガスには、100GHz以上の周波数帯域で吸収スペクトルが多数存在することがわかっている。図3は、観測された複数の吸収スペクトルのうちの1つを表したものである。115GHz付近の吸収スペクトルに着目すると、ドップラーシフトしていない115GHzの既知の吸収スペクトルからΔf=2kHzだけ高周波側にシフトしている。このことから、式(1)を用いて、ガス流速v=5.2(m/s)を算出することができる。 It is known that CO gas has a large number of absorption spectra in a frequency band of 100 GHz or more. FIG. 3 shows one of a plurality of observed absorption spectra. When attention is paid to the absorption spectrum near 115 GHz, it shifts to the high frequency side by Δf = 2 kHz from the known absorption spectrum of 115 GHz which is not Doppler shifted. From this, it is possible to calculate the gas flow velocity v = 5.2 (m / s) using the equation (1).
また、出力部12は、たとえば図4に示すように、ガス流速の24時間の時系列変化を表示出力することができる。
Further, as shown in FIG. 4, for example, the
なお、スペクトル解析装置13において、基本となる計測周波数f’に対してそのシフト量Δfが非常に小さいため周波数分解能を向上させる必要があるが、これは周波数コム方式と呼ばれる方法によって実現することができる。
In the
周波数コム方式では、図5に示すように、既知の周波数f0の光源を周波数コム発生装置に入力し、周波数コム(周波数空間で等間隔fdに並んだ櫛(コム)状のスペクトル)を発生させる。周波数が未知の信号スペクトルfXは、周波数コムスペクトルのうち周波数が一番近いものと干渉し、周波数fbのビート波が発生する。ビート波は元の信号よりもダウンスケーリングされており、解析が容易な周波数帯域にスケーリングしなおすことが可能である。 In the frequency comb method, as shown in FIG. 5, a light source having a known frequency f 0 is input to a frequency comb generator, and frequency combs (comb-like spectra arranged at equal intervals f d in frequency space) are obtained. generate. Frequency unknown signal spectrum f X interferes with close frequencies most of the frequency comb spectrum, the beat wave frequency f b is generated. The beat wave is downscaled from the original signal, and can be rescaled to a frequency band that is easy to analyze.
ここで、これらの周波数は、次式(2)の関係を有する。
fX=fb+f0+nfd …(2)
ただし、nは自然数である。
Here, these frequencies have the relationship of the following formula (2).
f X = f b + f 0 + nf d ... (2)
However, n is a natural number.
この周波数コム方式によれば、10−12程度の周波数分解能を得られる。そして、このダウンスケーリングされた信号を高精度なスペクトラムアナライザに入力しスペクトル解析することができる。 According to this frequency comb method, a frequency resolution of about 10 −12 can be obtained. The downscaled signal can be input to a high-accuracy spectrum analyzer for spectrum analysis.
なお、このようにして求められるガス流速は、ストックライン6が形成する面のある領域中を上昇してくるガスの流速の平均値を表すことになる。この領域はアンテナの形状から決定される指向性によって決まる。
In addition, the gas flow velocity calculated | required in this way represents the average value of the flow velocity of the gas which rises in the area | region with the surface which the
この受信用アンテナ16は、計測したい周波数帯域に最適化されたホーンアンテナ、またはパラボラアンテナなどであればよい。アンテナの指向性を上げて計測する範囲を狭めるためには、誘電体レンズなどを使用してもよい。
The receiving
(変形例1)
また、図6に示したように、高炉炉体3の内周に円環状に受信用アンテナ16を複数配置して、複数箇所のガス流速を測ることが好ましい。この複数箇所のガス流速をもとに全体のガス流速分布を計測することが可能になるからである。なお、図6では、高炉炉体3の内周に沿って複数の受信用アンテナ16を設けたが、もちろん、高炉炉体3の中央に配置するようにしてもよい。要は、ストックライン6の全面にわたって計測されることが好ましい。
(Modification 1)
Moreover, as shown in FIG. 6, it is preferable to arrange a plurality of receiving
(変形例2)
あるいは、図7に示したように、受信用アンテナ16を中央側に傾いた回転軸16aを中心に回転されるようにしてもよい。そして、高炉炉体3内の全体を見渡すように向き(回転角度)を定期的に変えてガス流速を測定することによって、1つの受信用アンテナ16で、高炉炉体3内の全体のガス流速分布を計測することができる。この場合、アンテナの向きが鉛直方向に対して角度をもつことになるので、測定されたガス流速は、鉛直方向のガス流速成分に補正する必要がある。
(Modification 2)
Alternatively, as shown in FIG. 7, the receiving
〔実施の形態2〕
つぎに、この発明の実施の形態2について説明する。図8は、この発明の実施の形態2にかかるガス流速計測装置1を含む高炉2の構成を示す模式図である。この実施の形態2では、特定帯域の周波数の電磁波を生成する送信部18と、送信部18が生成した電磁波をストックライン6に向けて送信する送信用アンテナ19とを有する。その他の構成は実施の形態1と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the
送信部18は、着目した高炉内ガスの吸収スペクトルの周波数F1を中心とする帯域F1±ΔF1の正弦波を連続的に発生する。送信用アンテナ19は、受信用アンテナ16と同様に、高炉炉体3内の炉頂部に、鉛直方向下向きに指向して設けられる。なお、送信用アンテナ19は、接続部171を介して装置本体10に接続される。また、送信用アンテナ19は、受信用アンテナ16と同様に、使用する周波数帯域に最適化したホーンアンテナやパラボラアンテナを使用することが望ましい。
The
なお、送信アンテナ19と受信用アンテナ16とを1つのアンテナとして実現してもよい。その場合、方向性結合器などの共用器を設ける必要がある。
The transmitting
この実施の形態2では、着目したCOなどの高炉内ガスから放射される電磁波が弱い場合でも精度高くガス流速の計測を行うことができる。すなわち、吸収スペクトルの吸収量は、着目するガスの濃度に依存するため、着目したガスの濃度が低い場合には、放射スペクトルが全体に弱いことが考えられるが、この実施の形態2では、吸収スペクトルを含む帯域の電磁波を送信して高炉内ガスの吸収スペクトルを他の帯域の反射スペクトルとの強度差を大きくすることができ、これによって吸収スペクトルの峻別を容易にしている。 In the second embodiment, it is possible to measure the gas flow rate with high accuracy even when the electromagnetic wave radiated from the focused gas in the blast furnace such as CO is weak. That is, since the absorption amount of the absorption spectrum depends on the concentration of the gas of interest, when the concentration of the gas of interest is low, the radiation spectrum may be weak as a whole. By transmitting electromagnetic waves in a band including the spectrum, the difference in intensity between the absorption spectrum of the gas in the blast furnace and the reflection spectrum in the other band can be increased, thereby facilitating discrimination of the absorption spectrum.
つぎに、図9に示したフローチャートを参照して、この実施の形態2によるガス流速計測処理手順について説明する。図9において、まず、送信部18は、着目したガスの吸収スペクトルが存在する帯域(F1±ΔF1)の周波数の電磁波を生成し、送信用アンテナ19から高炉内に送信する(ステップS201)。ここで、ΔF1は、着目したガスの吸収スペクトルのシフト量ΔF2より十分に大きくなるように設定される。受信用アンテナ16は、送信された電磁波を含む高炉内の電磁波を受信する(ステップS202)。送信された電磁波の一部は高炉内ガスに吸収されるので、この吸収スペクトルを観測できることになる。
Next, a gas flow rate measurement processing procedure according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In FIG. 9, first, the
その後の処理(ステップS203〜S207)は、図2に示した処理(ステップS102〜S106)と同様である。つまり、受信信号がスペクトル解析部13に入力されると、スペクトル解析部13は、周波数成分ごとの強度を分析するスペクトル解析を行って(ステップS203)、強度が最小になる周波数を読み取って高炉内ガスの吸収スペクトルとして検出し(ステップS204)、着目したガスの固有の既知の吸収スペクトルの周波数F1と、ドップラーシフトした後に観測される吸収スペクトルの周波数とをもとに、シフト量ΔF2を求め(ステップS205)、ガス流速vを演算する処理を行い(ステップS206)、ガス流速vを記憶部15に逐次記憶させ、出力部12が、記憶部15に記憶された演算結果を表示する表示処理を行う(ステップS207)。
The subsequent processing (steps S203 to S207) is the same as the processing (steps S102 to S106) shown in FIG. That is, when the received signal is input to the
図10は、この実施の形態2によるスペクトル解析の結果を示した図である。このときF1+ΔF2の位置に(F1>ΔF2>0)吸収が見られた。着目したガスではF1の周波数が吸収されることがわかっているので、式(1)を用いて三角F2からガス流速vを求め、記憶部15にデータを順次記録した。出力部12は、図5と同様に、ガス流速vの24時間の時系列変化を表示出力する。
FIG. 10 is a diagram showing the results of spectrum analysis according to the second embodiment. At this time, absorption was observed at the position of F1 + ΔF2 (F1> ΔF2> 0). Since it is known that the focused gas absorbs the frequency of F1, the gas flow velocity v is obtained from the triangle F2 using the equation (1), and the data is sequentially recorded in the
この実施の形態2では、上述したように、着目したガスから放射される電磁波が弱い場合であってもガス流速を精度高く測定することができる。 In the second embodiment, as described above, the gas flow rate can be measured with high accuracy even when the electromagnetic wave radiated from the focused gas is weak.
ところで、たとえば、COの吸収スペクトルが115GHz付近にあり、これを波長に換算すると、2.5mm程度となるが、高炉炉体3内には粉塵が飛散しており、スペクトルの波長と粉塵の大きさとが同程度であった場合には、粉塵による電磁波の散乱の影響が大きくなるため、計測精度が悪化する恐れがある。この場合には、吸収スペクトルがより低周波側にあるNO2(吸収スペクトルは53GHz付近に存在)などに着目して変更することによって、計測精度を向上させることができる。
By the way, for example, the absorption spectrum of CO is around 115 GHz, and when converted to a wavelength, it becomes about 2.5 mm. However, dust is scattered in the
また、高炉炉体3内で反応を起こさず、かつ、吸収スペクトルが適切な周波数帯域に存在する気体を炉下部の羽口から吹き込まれる熱風中に混入し、これを高炉内ガスとして、このガスの吸収スペクトルを観測してガス流速を求めるようにしてもよい。
In addition, a gas that does not cause a reaction in the blast
上述した実施の形態1,2では、高炉炉体3内の粉塵などの物理的に異なる大きさをもってものに対するドップラーシフト量をもとにガス流速を求めるのではなく、高炉内ガスの吸収スペクトルのドップラーシフト量をもとにガス流速を直接求めるようにしているので、粉塵濃度が高い高炉内であっても精度の高いガス流速を計測することができる。
In the first and second embodiments described above, instead of obtaining the gas flow rate based on the Doppler shift amount for physically different sizes such as dust in the
1 ガス流速計測装置
2 高炉
3 高炉炉体
4 旋回シュート
5 装入物
6 ストックライン
7 集塵ダクト
10 装置本体
11 入力部
12 出力部
13 スペクトル解析部
14 ガス流速演算部
15 記憶部
16 受信用アンテナ
17,171 接続部
18 送信部
19 送信用アンテナ
C 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas flow
Claims (4)
前記受信した電磁波のスペクトルを解析するスペクトル解析ステップと、
前記スペクトル解析ステップにより検出された吸収スペクトルと高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルとの周波数差に基づいて、高炉内ガスの流速を演算するガス流速演算ステップと、
を含むことを特徴とするガス流速計測方法。 A receiving step of receiving electromagnetic waves having a wavelength longer than the far-infrared region radiated from the raw material after charging in the blast furnace at a position where the stacked shape of the raw material after charging is overlooked at the top of the blast furnace;
A spectral analysis step of analyzing the spectrum of the received electromagnetic wave;
A gas flow rate calculating step for calculating the flow rate of the gas in the blast furnace based on the frequency difference between the absorption spectrum detected by the spectrum analysis step and the known absorption spectrum of the substance contained in the gas in the blast furnace;
A gas flow velocity measurement method comprising:
前記受信部によって受信された電磁波のスペクトルを解析するスペクトル解析部と、
前記スペクトル解析部により検出された吸収スペクトルと高炉内ガスに含まれる物質の既知の吸収スペクトルとの周波数差に基づいて、高炉内ガスの流速を演算するガス流速演算部と、
を備えることを特徴とするガス流速計測装置。 A receiver that receives electromagnetic waves having a wavelength longer than the far-infrared region at the top of the blast furnace, provided at a position overlooking the stacked shape of the raw materials after charging in the blast furnace,
A spectrum analyzer for analyzing a spectrum of the electromagnetic wave received by the receiver;
A gas flow rate calculation unit that calculates the flow rate of the gas in the blast furnace based on the frequency difference between the absorption spectrum detected by the spectrum analysis unit and the known absorption spectrum of the substance contained in the gas in the blast furnace;
A gas flow velocity measuring device comprising:
前記受信部は、前記送信部から送信された所定の周波数帯の電磁波を受信することを特徴とする請求項3に記載のガス流速計測装置。 Provided at a position where the stacked shape of the raw material after charging is overlooked at the top of the blast furnace, and includes a transmitter that transmits electromagnetic waves in a predetermined frequency band including a known absorption spectrum of a substance contained in the gas in the blast furnace,
The gas flow rate measuring device according to claim 3, wherein the receiving unit receives an electromagnetic wave having a predetermined frequency band transmitted from the transmitting unit.
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